HKS занимает лидирующие позиции в мире тюнинга автомобилей. В свое время компания решила поделиться свои опытом и выпустила книгу под названием "Тюнинг для начинающих". Предлагаем Вашему вниманию некоторые основные положения данной книги. Введение.
Слово "тюнинг" в буквальном переводе с английского означает "настройка". Однако, это не просто повышение мощности, это повышение всеобщих качеств до соответствия желаниям конкретного пользователя. Бывает, что желая произвести определенну модификацию своего автомобиля, люди идут в магазин автотюнинга, заблуждаясь в своем представлении о необходимости той или иной детали. В этом случае, для удовлетворения клиентом его потребности, для правильного выбора детали, ему необходимо прежде всего определиться, что именно необходимо и для чего конкретно. Для начала дадим разъяснение относительно так называемого "легкого" тюнинга. Всеобщее повышение эксплуатационных качеств автомобиля, в правильном своем толковании пользователем, есть соблюдение главного условия «безопасности», которое включает в себя, кроме всего прочего, соблюдение баланса таких понятий, как "езда", "поворот", "остановка". Часто, например, встречаются случаи, когда после повышения мощности мотора ощущается некий дискомфорт и неуверенность при торможении. Появляется чувство, будто тормоз стал работать хуже, хотя до этого никаких нареканий в его адрес не было. Естественно, что из-за этого уверенность на дороге теряется. Вследствие увеличения мощности мотора колеса начинают проскальзывать по асфальту - «шлифуют». Значит, КПД передачи мощности мотора на дорогу невысок, из-за чего ухудшается такое качество автомобиля как стабильность при езде. Качество ускорения повысилось, а соответствующее ему торможение оставляет желать лучшего. Таких примеров довольно много, когда подвергается тюнингу какой-то один узел, а общий баланс отсутствует, тем самым, причиняя сплошную гловную боль владельцу. Иногда, при повышении мощности двигателя, наращивают мощность на высоких оборотах, а мощность на низких и средних оборотах остается прежней. При этом водитель чувствует, что эффект от такого тюнинга двигателя как-то теряется. Помимо вышеуказанных неудобств, бывает и хуже, когда установка какой-либо детали тюнинга в процессе эксплуатации приводит к поломке других, ни в чем не повинных «родных» деталей. Очевидно, что необходимо думать о сохранении баланса при осуществлении тюнинга своей машины. Таким образом, изначальное значение тюнинга, как баланса, является важным в его толковании как настройки.
Общие принципы работы двигателя. 1) Впуск воздуха, смешивание его с топливом (впуск, смешивание).
2) Втянутый воздух и топливо (воздушно-топливная смесь) сжимаются под давлением (сжатие).
3) Сжатая смесь воспламеняется от искры (воспламенение), происходит взрыв.
4) Образовавшийся газ (выхлопной газ) выводится (выпуск). И так все время. Считается, что для двигателя наиболее важными являются три момента, а именно: сжатие, качество воздушно-топливной смеси, воспламенение. В данном случае тюнинг (повышение КПД воспламенения топливно-воздушной смеси), можно рассматривать как усиление этих факторов, доведение их состояния до оптимального. Существует два основных направления оптимизации данных факторов, различаемых по своей сути. Это методы положительной направленности, усиливающие вышеуказанные процессы, и методы отрицательной направленности, призванные уменьшить потери, которыми эти процессы сопровождаются. Тюнинг, призванный уменьшить потери, заключается в уменьшении нагрузки на сам двигатель (без какого-либо побочного эффекта), вследствие чего повышается его мощность. Процедура такого тюнинга состоит в избавлении от предметов или деталей, являющихся обузой, либо изменения их формы (вида) с целью минимизировать их негативное воздействие. По мере увеличения количества сжимаемого воздуха и силы его сжатия, взрывная сила также будет увеличиваться, и, соответственно, мощность на выходе тоже растет. Очевидно, что чем большее количество воздуха впускает в себя определенный двигатель, тем большей силой для сжатия этот двигатель должен обладать. В процессе соединения втягиваемого воздуха и соответствующего ему количества топлива необходимо определенное соотношение компонентов образуемой воздушно-топливной смеси при сжатии, которое обеспечит наиболее легкое её воспламенение для увеличения взрывной силы и, соответственно, конечной мощности двигателя,. Такой процесс настройки подачи соединяемого с воздухом топлива так и называется: регулировкой топлива. Ещё одним важным моментом является время, точнее промежуток времени, в котором осуществляется воспламенение сжатой воздушно-топливной смеси. При обеспечении оптимального времени зажигания воздушно-топливной смеси, при котором произойдет её основательное и полное воспламенение, будет также обеспечена наибольшая сила взрыва и, как результат, наибольшая мощность.
Системы впуска и выпуска. 1. Система впуска. Для повышения эффективности впускной системы, по возможности необходимо устранить все предметы, создающие сопротивление воздушному потоку, для наиболее беспрепятственного впуска воздуха в двигатель. Банально но тюнинг впуска состоит в замене воздушного фильтра. Фирма HKS, например, выпускает линию Super Power Flow и Super Filter. Обычные стандартные фильтры предназначены для использования в широком диапазоне условий, поэтому при длительном использовании они теряют свои свойства. А если еще наличествуют детали, целью установки которых является уменьшения звука при втягивании воздуха, то эффективность втягивания значительно падает. Получается эффект спринтера в противогазе. Замена стандартного фильтра в его штатном месте (коробке фильтра) на фильтр Super Filter, несомненно, повлияет на эффективность впуска, однако установка вместо стандартной коробки качественно иного фильтра Super Power Flow, который, ввиду своей конструкции, способен втягивать гораздо больший объём воздуха, способствует большей отдачи, от проделаной работы. Эффективность фильтра во многом зависит от формы, поскольку воздух проходит через его стенки. В сравнении со стандартным фильтром, для поддержания высокой эффективности такого фильтра необходимо точно выдерживать цикл его замены, который, кстати, короче, чем у обычного. Но в этом - ключ успешного поддержания функции фильтра. 2. Система выпуска (выхлопная система). Целью тюнинга выхлопной системы будет являться повышение эффективности её работы. Однако, только лишь устранение различного рода сопротивлений в этой системе, и увеличение эффективности её работы - не одно и то же. Убрав выпускную трубу глушителя, вы устраните сопротивление выпуска, но при этом качественно ухудшатся свойства крутящего момента и самого процесса выхлопа. Поэтому необходимо установить некое умеренное сопротивление. Хорошим примером является выпускной коллектор, от формы и вида собирательной части которого зависит характер автомобиля. Кроме этого, выхлопные газы и неблагоприятное шумовое воздействие на окружающую среду опять-таки находятся под определенным влиянием этого элемента. Поэтому необходимо тщательно продумывать все возможные последствия при осуществлении тюнинга выпускной системы. Как бы то ни было, местом осуществления тюнинга выпускной системы является замена глушителя. Стандартные глушители, ввиду своей формы кручения и стоимости, довольно быстро приходят в негодность от образования лишних изгибов и трещин («пробоин»). Поэтому, как конструкция, призванная высокоэффективно обеспечивать уменьшение шума и крутящий момент на низких скоростях, такие глушители являются далеко не лучшим примером. Напротив, на спортивных глушителях образование лишних изгибов является редкостью, а трещин практически не образуется, и к тому же их конструктивные особенности позволяют достичь высокого КПД. Эффект такого глушителя можно сравнить как приправу к еде. Проще говоря, мотор спортивной машины начинает «легче дышать», а для обычных автолюбителей можно подобрать соответствующее поведение их машин, обеспечив определённый крутящий момент. Что касается звука, то здесь также существует возможность подбора глушителя под определённую машину так, чтобы водитель мог чувствовать все нюансы её поведения. И хотя про турбину разговор пойдет ниже, здесь можно отметить следующее. Поскольку турбина использует энергию выхлопных газов, она создаёт сопротивление для него. Следовательно, необходимо повышенное выпускное давление. В сравнении турбированых и атмосферных автомобилей очевидна важность конструкции глушителя, имеющего минимальное сопротивление. Варьируя различными формами глушителя для определённых автомобилей, можно увеличить давление нагнетания, и таким образом, достичь повышения мощности. Система наддува. 1. Турбонагнетатель.
Энергия выхлопных газов, вырабатываемых двигателем, воздействует на лопасти крыльчатки, которая вращается подобно мельнице. Похожую мельницу представляет собой крыльчатка компрессора, установленная на одной оси с крыльчаткой турбины. Она также вращается, в полном соответствии с ней, сжимая воздух и принудительно закачивая его в двигатель, тем самым представляя собой устройство, повышающее мощность. В этом случае объём (давление) закачиваемого воздуха обозначается как давление турбины, или буст (англ. boost). Выхлопные газы, попадаемые в турбину, регулируют давление своим количеством. Регулировка количества выхлопных газов, попадаемых в турбину, осуществляется так называемым «вейстгейтом» клапаном, который находится между турбиной и двигателем. С его помощью часть газов, не доходя до турбины, выбрасывается дальше на выпуск. Работа самого клапана зависит от давления компрессора. В идеале, повышая буст, можно закачивать в двигатель сколь угодно большое количество воздуха . В действительности же интенсивность работы двигателя и ненормальное сгорание в его цилиндрах – стук двигателя, или детонация – являются проблемой, ограничивающей буст. Вообще, установка определенного буста в обычную машину происходит, исходя из различных условий и назначений, в процессе эксплуатации их автолюбителями, учитывая также строгие ограничительные нормы на выхлопные газы. 2. Механический нагнетатель.
Отдельно следует сказать о механическом нагнетателе (суперчарджер/компрессор). Его задача также сжать и затолкать как можно больше воздуха в цилиндры. Однако принцип его работы построен не на использовании энергии выхлопа, а на использовании энергии, производимой коленчатым валом двигателя. С помощью ремня он соединяется с коленвалом и в зависимости от вращения коленчатого вала будет вращаться крыльчатка компрессора. Главным достоинтсвом такой системы является отсутствие турбоямы, однако давление таких нагнетателей обычно меньше чем турбин. Такие нагнетатели часто используются при тюнинге большеобъемных карбюраторных американских машин, поскольку его легче установить на изначально атмосферный мотор, а также легко оптимизировать его работу с работой карбюратора. Распространены два типа механических компрессоров, они различаются по конструкции крыльчатки. Это компрессоры шнекового типа и винтового типа. 3. Буст-ап. В процессе принудительного закачивания воздуха в двигатель, количество которого при этом ещё больше увеличено, взрывная сила повышается, тем самым, увеличивая мощность мотора. Наиболее распространенным является способ, осуществляемый с помощью контроллера нагнетаемого давления механического типа (VVC) или электронного контроллера (EVC). Буст-ап реализуется сравнительно легко, однако и здесь присутствуют затронутые ранее проблемы стука двигателя (детонации) и ограничения впрыска. Неправильное осуществление буст-апа может привести к поломке двигателя, поэтому необходимо хорошо понимать все нюансы этой процедуры перед её осуществлением. После проведения процедуры буст-апа можно сделать следующий шаг - заменить турбину. Предел мощности обычной турбины достигается довольно быстро, поэтому для получения удовольствия от вождения одной процедуры буст-апа бывает недостаточно. В этом случае меняют турбину. Возьмем два одинаковых двигателя, на одном из которых установлена маленькая (в нашем случае стандартная) турбина, а на другом – большая. Обычно думают, что при одинаково нагнетаемом давлении в этих двух турбинах выход лошадиных сил также будет одинаковым. В действительности же мощность, выдаваемая большой турбиной будет больше. Это происходит из-за их разной эффективности . Эта разница обусловлена разным размером турбин. В самом деле, как мы знаем из курса физики, при уменьшении объема газа его температура повышается, а при увеличении наоборот уменьшается. Ярким примером может служить воздушный шарик, переносимый зимой из теплого помещения на мороз и обратно. Поэтому при прохождении определенного количества воздуха при его одинаковом давлении через меньшее сечение его температура повышается, а плотность, соответственно, уменьшается. Как следствие, количество воздуха, поступающего в двигатель за единицу времени также будет меньше. В турбине с более высоким КПД неизбежное повышение температуры будет проистекать медленнее.
4. Интеркулер.
Интеркулер – это устройство охлаждения или, по-другому, теплообменник. Он «забирает» тепло у проходящего через него сжатого воздуха, тем самым, повышая его плотность. Следующим шагом тюнинга двигателя после буст-апа и замены турбины является замена штатного интеркулера на больший по размеру, с улучшенными характеристиками теплообмена. Хорошим интеркулером называют такое устройство, которое способно совмещать выполнение двух обычно противоречащих друг другу условий – минимальные потери давления проходящего воздушного потока при хорошем охлаждении. Как правило выделяют три способа эффективной установки интеркулера. Фронтальное расположение – интеркулер устанавливается перед радиатором, а в бампере проделывается специальный воздуховод чтобы улучшить охлаждение. Горизонтальное расположение (Как на Subaru Impreza) – интеркулер устанавливается в горизонтальном положении над двигателем, а в капоте проделывается воздуховод для охлаждения. V-образное расположение (V-mount) – наиболее прогрессивна конструкция, интеркулер устанавливается горизонтально над радиатором (напоминает букву V), таким образом уменьшается впускной тракт, а соответственно и турбояма. Обязательно для такого расположения наличие воздушной отдушины в капоте, для создания «сквозняка», чтобы при движении воздух постоянно циркулировал между радиатором и интеркулером. Данная конструкция очень непрактична для повседневной езды, ее разработали специально для гонок.
Фронтальное расположение интеркулера.
Горизонтальное расположение интеркулера.
V-образное расположение интеркулера (V-Mount).
Впрыск. Впрыском называют подаваемое в двигатель топливо для смешивания с поступающей в него же воздушной массой, регулируемое в соответствии с её количеством. В теории, для полного сгорания топлива необходимо оптимальное соотношение масс воздуха и топлива как 15:1, то есть на 15 грамм воздуха нужен 1 грамм горючего. Правда, в действительности из-за совокупности таких факторов, как образование пара топливно-воздушной смеси и охлаждения поступаемого горючего в зависимости от его марки, образуемая топливно-воздушная смесь на самом деле гуще оптимальной. Регулировка соотношения составляющих топливно-воздушной смеси проводится методом измерения A/F (1). В обычном компьютере регулировка происходит с помощью имеющихся датчиков кислорода. Компьютер отвечает за образование топливно-воздушной смеси определённого качества, создавая пропорцию её составляющих, подходящую данному стандартному двигателю и нормальным условиям его работы. Получая сигнал от так называемого устройства эйр-флоу(2) (англ. Air-Flow), компьютер определяет количество подаваемого форсунками(3) горючего, которое отвечает установленному производителем качеству топливно-воздушной смеси (обычно она гуще теоретически оптимальной). Обычный компьютер запрограммирован на нормальные условия работы данного двигателя в стандартном исполнении, поэтому при осуществлении изменений тех или иных параметров конкретного автомобиля необходимо также менять количество впрыскиваемого горючего. На деле реализация регулирования подачи топлива до сих пор осуществлялась в основном такими приспособлениями, как замером A/F либо анализирующими устройствами (анализаторами (4)), обрабатывающими данные с нескольких штатных датчиков. Более прогрессивными в этом плане являются устройства типа F-con (разработанного фирмой HKS), который способен регулировать (уменьшать или увеличивать) подачу топлива, получая сигналы от инжекторов. Кроме этого, в зависимости от меняющегося сигнала от эйр-флоу, компьютер способен менять соотношение составляющих воздушно-топливной смеси даже при получении неверных данных о количестве поступающего воздуха. Таким образом, F-con включает в себя функции AFR и FCD.
1) A/F – (англ. Air/Fuel) устройство с экраном, позволяющее зрительно отслеживать соотношение составляющих воздушно-топливной смеси.
2) Эйр-флоу-метр (L-jetro) – устройство, считывающее количество воздуха, поступающего в двигатель. Может быть нескольких типов – hot-wire, с заслонкой и вихревого типа.
3) Форсунки/Инжекторы представляют собой устройства, подобные водопроводному крану, которые подают определенное количество горючего в зависимости от периода времени подачи воздуха. Это время трансформируется в электрический сигнал, который называется сигналом от инжекторов.
4) Устройство, отслеживающее и запоминающее поток данных от различных датчиков (A/F, числа оборотов двигателя, буст-апа и т.д.).
Система зажигания.
В системе зажигания значительным фактором является сильная искра и надежное воспламенение. Обычный, наиболее простой тюнинг подразумевает замену свечей зажигания (1). Кроме этого, значение имеет также время зажигания, которое, как и горючее, находится под управлением компьютера. Время зажигания может меняться в зависимости от различных условий, в соответствии с ритмом воспламенения сжатой воздушно-топливной смеси. Вообще говоря, если воспламенение осуществляется с некоторым опережением, выходная мощность возрастает, но вместе с тем растет вероятность появления стука в двигателе (детонации). И наоборот, если воспламенение идет с опозданием, вероятность появления стука уменьшается, но вместе с тем уменьшается выходная мощность. 1) На свечах всегда присутствует указание степени подогрева в числовом отображении (калийное число). Как правило, свечи с меньшим калийным числом относятся к типу низконагреваемых, а с большим калийным числом – соответственно к высоконагреваемым. Низконагреваемые свечи обладают лучшей способностью воспламенять при собственной низкой температуре, тогда как при этом же условии высоконагреваемые свечи могут стать причиной стука (детонации) в двигателе. В свою очередь, при собственной высокой температуре нагрева высоконагреваемые свечи обладают лучшей воспламеняющей способностью, в отличие от низконагреваемых свечей, которые могут стать причиной возгорания. После процедуры буст-апа увеличившаяся сила взрыва прилично поднимет температуру в камере сгорания, что чревато образованием стука в двигателе, а в худшем случае и его поломкой. Поэтому в данной ситуации возникает необходимость использования высоконагреваемых свечей. Регулировка сжатия.
По мере сжатия воздушно-топливной смеси в двигателе увеличивается сила взрыва в цилиндрах, и, соответственно, выдаваемая двигателем мощность. В то же время также увеличивается вероятность появления стука. Поэтому, особенно в автомобилях, оснащенных наддувом, изначально устанавливают невысокую степень сжатия. Это можно осуществить, к примеру, заменой прокладки в головке двигателя.
Послесловие. При повышении мощности двигателя, стандартные элементы ходовой части и тормозной системы в ходе дальнейшей эксплуатации оставляют некоторую неудовлетворенность и даже опасность. Кроме того, возникает необходимость усиления трансмиссии. Одним словом, чтобы чувствовать себя комфортно и уверенно за рулем своей машины, тюнинг необходимо проводить сбалансировано и гармонично. Тюнинговать свою машину истинное удовольствие. Однако, заблуждаясь в отношении ожидаемого результата и понимания принципов, можно не только доставить хлопот окружающим, но и подвергнуть угрозе жизни людей. Поэтому руководствуйтесь здравым смыслом и всегда консультируйтесь с профессионалами!
